[发明专利]一种光纤磁致折变效应测量系统及方法

权利要求书

1.一种光纤磁致折变效应测量系统，其特征在于：包括激光器(1)、耦合器甲(2)、传感光纤(3)、参考光纤(4)、载波发生器(5)、耦合器乙(6)、光电探测器(7)、数据采集与处理模块(8)；

所述激光器(1)的输出端口与耦合器甲(2)的第一端口(21)连接，耦合器甲(2)的第二端口(22)与传感光纤(3)的第一端口(31)连接，且耦合器甲(2)的第三端口(23)与参考光纤(4)的第一端口(41)连接；所述传感光纤(3)的第二端口(32)与耦合器乙(6)的第二端口(62)连接，且参考光纤(4)的第二端口(42)与耦合器乙(6)的第三端口(63)连接；所述耦合器乙(6)的第一端口(61)与光电探测器(7)的输入端口连接；所述的数据采集与处理模块(8)的输入端口与光电探测器(7)的输出端口连接；

所述的传感光纤(3)置于磁场环境中，用于将磁场信号调制为折射率信号；

所述的载波发生器(5)通过在参考光纤(4)上缠绕压电陶瓷绕制而成，且压电陶瓷与信号发生器相连，用于产生相位载波信号；

利用所述光纤磁致折变效应测量系统进行光纤磁致折变效应测量时，其方法包括如下步骤：

a.激光器(1)输出的光信号经过耦合器甲(2)分为传感光纤(3)和参考光纤(4)传输的两束光，两束光在耦合器乙(6)处发生干涉，干涉光信号强度被光电探测器(7)检测；

b.直流磁场测量时，在传感光纤(3)上施加直流磁场，磁场改变传感光纤(3)的折射率，引起传感光纤(3)与参考光纤(4)中光信号的光程差变化，改变耦合器乙(6)的输出干涉光信号强度，干涉光强被光电探测器转为干涉电压，通过检测干涉电压测量直流磁场作用下传感光纤(3)的折射率变化；交流磁场测量时，在传感光纤(3)上施加交流磁场，且在参考光纤(4)上通过载波发生器(5)施加相位载波信号，耦合器乙(6)输出被交流磁场调制的干涉光信号，干涉光信号被光电探测器(7)转为干涉电压信号被采集至数据采集与处理模块，对干涉电压信号进行数据处理还原传感光纤(3)磁致折变效应引起的相位变化；

c.针对直流磁场测量，根据每个磁场下检测的干涉电压，通过干涉公式计算传感光纤(3)在磁场下对应的折射率，实现直流磁场作用下传感光纤(3)的折射率变化测量；针对交流磁场测量，将干涉电压信号与基频载波信号和二倍频载波信号分别混频得到两路混频信号，采用低通滤波器将两路混频信号中的高频信号滤除得到两路滤波信号，将两路滤波信号进行微分交叉相乘运算得到一路信号和二路信号，对一路信号和二路信号依次进行减法运算、积分运算和带通滤波后得到光纤磁致折变效应引起的相位变化，通过解调相位实现交流磁场作用下传感光纤(3)的折射率变化测量。

2.根据权利要求1所述的光纤磁致折变效应测量系统，其特征在于，激光器(1)输出的光信号经过耦合器甲(2)分为传感光纤(3)和参考光纤(4)传输的两束光，两束光在耦合器乙(6)处发生干涉，干涉光信号强度被光电探测器(7)检测并转为电信号，被数据采集与处理模块(8)采集和处理。

3.根据权利要求1所述的光纤磁致折变效应测量系统，其特征在于，耦合器甲(2)、传感光纤(3)、参考光纤(4)、耦合器乙(6)连接构成一个Mach-Zehnder光纤干涉仪，传感光纤(3)构成Mach-Zehnder光纤干涉仪的传感臂，参考光纤(4)构成Mach-Zehnder光纤干涉仪的参考臂，耦合器甲(2)的第一端口(21)为Mach-Zehnder光纤干涉仪的光输入端口，耦合器乙(6)的第一端口(61)为Mach-Zehnder光纤干涉仪的光输出端口。

4.根据权利要求1所述的光纤磁致折变效应测量系统，其特征在于，所述系统基于传感光纤(3)的磁致折变效应，传感光纤(3)的折射率受到外界磁场调制，引起传感光纤(3)与参考光纤(4)中两路光信号的光程差变化，最终改变耦合器乙(6)输出的干涉光信号强度，通过检测干涉光强测量传感光纤(3)在磁场作用下的折射率变化。